CN109827501A - 基于应变感应的钢-混结合段的相对滑移监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于应变感应的钢‑混结合段相对滑移监测装置，是通过在混合梁钢‑混结合段中钢格室的腹板上等间隔设置n个第一电阻应变片，在内填混凝土内设置n个相应的第二电阻应变片，并在混合梁过人孔内分别设置与第一电阻应变片和第二电阻应变片相应的第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片，由n组四个应变片组成n个惠斯通电路，来测量钢格室与内填混凝土的应变差，对n个应变差与间隔的乘积进行求和来计算钢‑混凝土的相对滑移量。本发明构造简单，节约成本，可实现钢‑混结合段相对滑移的监测，也可用于钢‑混叠合梁等其他不同材料组成构件的内部相对滑移测量。

Description

基于应变感应的钢-混结合段的相对滑移监测装置

技术领域

本发明涉及一种不同材料间相对滑移监测装置，具体涉及一种基于应变感应的钢-混结合段相对滑移监测装置。

背景技术

混合梁的钢-混结合段主要由结合段、混凝土梁过渡段和钢梁过渡段三部分组成。结合段是钢与混凝土两种材料相结合的地方，通过在钢格室内填混凝土，由焊钉、开孔板连接件以及预应力筋限制两者之间的滑移和剥离。钢梁与混凝土梁通过结合段传力。钢-混结合段的设计多应用于混合梁斜拉桥中，如德国的舒马赫桥、瑞典焦恩桥、日本生口桥、法国诺曼底桥、中国舟山桃夭门桥、广州鹤洞桥、香港汲水门桥等。混合梁斜拉桥充分利用了混凝土梁的重量和刚度以及钢箱梁重量轻，跨越能力大的能力，有效地发挥了钢梁和混凝土梁各自的优点，改善了结构体系的受力，优化了工程经济。但钢-混结合段的几何构造和应力场复杂，连接部位刚度突变，在施工过程以及桥梁运营状态，都需要对钢-混结合段的内力和变形进行严格的监控。尤其是钢-混之间的相对滑移量，是研究结合段传力可靠和受力性能的关键参数之一。

针对钢-混结合段内部相对滑移的测量，传统的位移测量设备体积较大不方便安装，且对于周边环境要求较高，不适用于长期监测；其它的非接触式位移测量装备例如激光多普勒测振仪、GPS和微波干涉仪，通过数字图像处理方法也可以用来提取位移，但这些装备及方法费用较高，同样不适合长期监测。同时，这些传感器布置测点有限，仅能测试部分截面处的相对滑移量。

发明内容

本发明针对上述问题的不足之处，提供一种基于应变感应的钢-混结合段的相对滑移监测装置，以期能够通过测量钢和混凝土之间的应变差，来实现钢-混结合段相对滑移的监测，也可用于钢-混叠合梁等其他不同材料组成构件的内部相对滑移测量。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明一种基于应变感应的钢-混结合段相对滑移监测装置的特点是在混合梁钢-混结合段中钢格室的腹板表面上等间隔ΔL设置n个第一电阻应变片并组成一排监测点，在所述一排监测点附近的钢筋上，相应等间隔ΔL设置n个铅片；在所述n个铅片上分别设置有第二电阻应变片，所述第一电阻应变片与其相应的第二电阻应变片处于同一水平面上，并在所述钢格室浇筑混凝土后，所述铅片和第二电阻应变片被包裹在混凝土中；

在混合梁的过人孔内分别设置n个与钢格室材料相同的第一基底片以及与所述铅片材料相同的第二基底片；在所述第一基底片以及第二基底片上分别设置第一温度补偿应变片和第二温度补偿应变片；

任意第i个第一电阻应变片与第i个第二电阻应变片以及第i个第一温度补偿应变片和第i个第二温度补偿应变片通过导线连接组成第i个惠斯通电路；且所述第i个第一电阻应变片和第i个第二温度补偿应变片处于所述第i个惠斯通电路中相对的两只桥臂上；

根据所述第i个惠斯通电路得到第i个监测点处钢格室与内填混凝土的应变差Δε_i，从而由第i个监测点的应变差得到钢-混凝土的相对滑移量d，i＝1,2,…n。

本发明所述的相对滑移监测装置，其特征是，所述钢-混凝土的相对滑移量d是利用式(1)得到：

式(1)中， 表示第i个第一电阻应变片测得的应变值；表示第i个第二电阻应变片测得的应变值；表示第i个第二温度补偿应变片测得的应变值；表示第i个第一温度补偿应变片测得的应变值。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过惠斯通电路直接测得两种不同材料间的应变差，根据应变差与相对滑移的关系，实现了对两种材料之间滑移量的监测，从而有益于了解混合梁钢-混结合段的施工和运营状态；

2、本发明通过设置温度补偿片，消除了温度产生的测量误差，提高了结果的准确性；

3、本发明构造简单，成本低廉，安装简便，不需要额外的测量装置，从而便于实施；

4、本发明应用范围较广，不仅可以实现钢-混结合段相对滑移监测，也可用于不同材料组成构件内部相对滑移的测量和监测。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明监测点布置示意图；

图3为现有技术中惠斯通电路原理示意图。

图中标号：1、第一电阻应变片2、铅片3、第二电阻应变片4、第一基底片5、第一温度补偿应变片6、第二基底片7、第二温度补偿应变片。

具体实施方式

本实施例中，参见图1和图2，一种基于应变感应的钢-混结合段相对滑移监测装置，是在混合梁钢-混结合段中钢格室的腹板表面上等间隔ΔL设置n个第一电阻应变片1并组成一排监测点，在一排监测点附近的钢筋上，相应等间隔ΔL设置n个铅片2，并在n个铅片2上分别设置有第二电阻应变片3，第一电阻应变片1与其相应的第二电阻应变片3处于同一水平面上，并在钢格室浇筑混凝土后，铅片2和第二电阻应变片3被包裹在混凝土中。

具体实施中，第一电阻应变片1、第二电阻应变片3均沿着轴力方向粘贴，表面均覆盖防水胶，保护应变片。

在本实施例中，铅片2厚度为1-2mm，四个顶角分别设有四个孔，连接线穿过四个孔洞，将铅片和混凝土内部钢筋连接起来，固定铅片在第一电阻应变片1附近。

在混合梁的过人孔内分别设置n个与钢格室材料相同的第一基底片4以及与铅片2材料相同的第二基底片6；在第一基底片4以及第二基底片6上分别设置第一温度补偿应变片5和第二温度补偿应变片7。

任意第i个第一电阻应变片1与第i个第二电阻应变片3以及第i个第一温度补偿应变片5和第i个第二温度补偿应变片7通过导线连接组成第i个惠斯通电路如图3所示；且第i个第一电阻应变片1和第i个第二温度补偿应变片7处于第i个惠斯通电路中相对的两只桥臂上。

惠斯通全桥电路的表达式如(1)所示：

式(1)中，U₀为惠斯通全桥电路的输出电压，U为惠斯通全桥电路的输入电压；R₁R₂R₃R₄分别是电路中各桥臂电阻在未发生变形时的阻值，在本实施例中，R₁代表第一电阻应变片，R₂代表第二电阻应变片，R₃代表第二温度应变补偿片，R₄代表第一温度应变补偿片。

ΔR₁ΔR₂ΔR₃ΔR₄是上述四个电阻应变片的电阻值变化量。

依据电阻应变片的工作原理：

式(2)中k是灵敏度，是电阻应变片的固有属性。

可得出输出电压与应变之间的关系式：

在本实施例中，当钢格室与填充混凝土发生相对滑移时，第一电阻应变片(图3中R₁)和第二电阻应变片(图3中R₂)产生应变值ε₁、ε₂，温度变化导致第一电阻应变片和第二电阻应变片产生的温度应变等于第一温度应变补偿片(图3中R₄)和第二温度应变补偿片(图3中R₃)产生的应变值ε₄、ε₃，消除温度误差后，钢构室和内填混凝土的实际应变差为Δε＝ε₁-ε₂+ε₃-ε₄。根据式(3)输出电压U₀与应变差Δε成线性比例关系，由输出电压值可直接确定钢-混的应变差。

根据第i个惠斯通电路得到第i个监测点处钢格室与内填混凝土的应变差Δε_i，从而由第i个监测点的应变差得到钢-混凝土的相对滑移量d，i＝1,2,…n。

钢-混凝土的相对滑移量d利用式(4)得到：

Claims (2)

1.一种基于应变感应的钢-混结合段相对滑移监测装置，其特征是在混合梁钢-混结合段中钢格室的腹板表面上等间隔ΔL设置n个第一电阻应变片(1)并组成一排监测点，在所述一排监测点附近的钢筋上，相应等间隔ΔL设置n个铅片(2)；在所述n个铅片(2)上分别设置有第二电阻应变片(3)，所述第一电阻应变片(1)与其相应的第二电阻应变片(3)处于同一水平面上，并在所述钢格室浇筑混凝土后，所述铅片(2)和第二电阻应变片(3)被包裹在混凝土中；

在混合梁的过人孔内分别设置n个与钢格室材料相同的第一基底片(4)以及与所述铅片(2)材料相同的第二基底片(6)；在所述第一基底片(4)以及第二基底片(6)上分别设置第一温度补偿应变片(5)和第二温度补偿应变片(7)；

任意第i个第一电阻应变片(1)与第i个第二电阻应变片(3)以及第i个第一温度补偿应变片(5)和第i个第二温度补偿应变片(7)通过导线连接组成第i个惠斯通电路；且所述第i个第一电阻应变片(1)和第i个第二温度补偿应变片(7)处于所述第i个惠斯通电路中相对的两只桥臂上；

根据所述第i个惠斯通电路得到第i个监测点处钢格室与内填混凝土的应变差Δε_i，从而由第i个监测点的应变差得到钢-混凝土的相对滑移量d，i＝1,2,…n。

2.根据权利要求1所述的相对滑移监测装置，其特征是，所述钢-混凝土的相对滑移量d是利用式(1)得到：

式(1)中， 表示第i个第一电阻应变片(1)测得的应变值；表示第i个第二电阻应变片(3)测得的应变值；表示第i个第二温度补偿应变片(7)测得的应变值；表示第i个第一温度补偿应变片(5)测得的应变值。